CC BY
11Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 22 (61). 2009. № 2. С. 166-174.
УДК: 612.135-055.1:378
ОСОБЕННОСТИ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ КРОВИ У ЮНОШЕЙ-СТУДЕНТОВ
Чуян Е.Н., Горная О.И.
В статье описаны особенности состояния микроциркуляции крови у юношей-студентов в возрасте 1723 лет юго-востока Украины методом лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). По результатам исследования было выделено три типа ЛДФ-грамм с преобладанием гиперемического типа.
Ключевые слова: метод лазерной допплеровской флоуметрии, нормоемический тип, гипоемический тип, гиперемический тип.
ВВЕДЕНИЕ
Оценка состояния регуляции кожного кровотока и функциональных возможностей системы микроциркуляции является важной проблемой физиологии [1]. Как известно, микроциркуляция является структурно-функциональной единицей системы кровообращения, где происходит обмен между кровью и тканями, что обеспечивает эффективное функционирование различных клеточных структур. В настоящее время существует довольно большое число инвазивных и неинвазивных методик исследования микроциркуляци [2]. Лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ) является новым неинвазивным методом исследования микроциркуляции, позволяющим не только оценить общий уровень периферической перфузии, но и выявить особенности регуляции кровотока в микроциркуляторном русле. Достоинством метода ЛДФ является его возможность измерения микрокровотока in vivo и бесконтактно, что очень важно для тестирования микрогемодинамики, которая изменяет свои показатели при любой попытке подключения датчиков к капиллярам [3]. Другой важной особенностью ЛДФ является возможность получения большого количества измерений (тысячи в минуту), их регистрации и обработки в реальном масштабе времени [4 - 6], что, в частности, позволяет создать мониторинговые системы ЛДФ. Последние, в перспективе, дают возможность анализировать весь спектр ритмических процессов в микрососудах от пульсовых до циркадных [3]. Однако данный метод в Украине только начал внедряться и еще не получил широкого развития, что связано, прежде всего, с отсутствием нормативних показателей микроциркуляции, характерных для регионов нашей страны. Поэтому исследование индивидуально-типологических особенностей показателей микроциркуляции весьма актуально, так как это позволит разработать нормативные показатели для проведения диагностики микрокровотока.
В связи с этим, целью настоящего исследования явилось выявление индивидуально-типологических особенностей состояния микроциркуляции крови у юношей-студентов в возрасте 17-23 лет юго-востока Украины методом ЛДФ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Нами было обследовано 40 студентов-волонтеров мужского пола Мелитопольского государственного педагогического университета специальности «Физическая культура» в возрасте 17-23 лет, условно здоровых. ЛДФ осуществляли лазерным анализатором кровотока «ЛАКК-01» (производство НПП «Лазма», Россия) с лазерным источником излучения на длине волны 0,63 мкм. Лазерный анализатор соединен с компьютером. На экран монитора выводится кривая записи ЛДФ в реальном масштабе времени. Все записи ЛДФ-грамм сохраняются в базе данных и при необходимости переносятся на бумажный носитель.
Оценка состояния микроциркуляции крови у юношей проводилась на ладонной поверхности второго пальца левой кисти, в состоянии покоя при горизонтальном положении руки на уровне сердца в течение двух минут в первой половине дня.
В ходе исследования регистрировали и рассчитывали следующие показатели ЛДФ-сигнала:
М - среднее арифметическое значение показателя микроциркуляции. Этот показатель характеризует средний поток эритроцитов в единице объема ткани в зондируемом участке (перф. ед.);
а - среднее квадратическое отклонение (СКО, флакс) амплитуды колебания кровотока от среднего арифметического значения (М) (перф. ед.);
Kv - коэффициент вариации, который характеризует соотношение между изменчивостью перфузии (флаксом) и средней перфузией в зондируемом участке тканей, измеряемый в %:
Важным этапом ЛДФ-метрии является амплитудно-частотный анализ гемодинамических ритмов колебаний тканевого кровотока. Амплитудно-частотный анализ производится с помощью специальной компьютерной программы. В результате спектрального разложения ЛДФ-граммы на гармонические составляющие появляется возможность судить о степени выраженности или доминировании тех или иных колебаний тканевого кровотока в тканевой гемодинамике [4, 7]. Программное обеспечение основывается на спектральном разложении ЛДФ-граммы с использованием математического аппарата Фурье. При этом амплитуда каждой гармоники автоматически определяется в диапазоне частот от 0,01 до 1,2 Гц.
При амлитудно-частотном анализе ЛДФ-граммы вычислялись амплитуда (А) миогенных метаболических колебаний в диапазоне частот от 0,01 до 0,03 Гц (1-2 колебания в минуту) (AVLF), вазомоторных колебаний в диапазоне частот от 0,05 до 0,15 Гц (4-8 колебаний в минуту) (ALF), дыхательных колебаний в диапазоне частот от 0,2 до 0,3 Гц (AHF) и пульсовых волн (ACF). Вклад различных ритмических колебаний (Р) оценивался по их мощности в процентном отношении к общей мощности спектра флаксмоций:
~ . ч Z , ч 2,3
100% (2)
Р = Al//(Avlf + Л^2 + AHF\ACF2r
Соотношение активных модуляций кожного кровотока, обусловленных миогенным и нейрогенным механизмами, и дополнительных парасимпатических влияний на него рассчитывали как индекс эффективности флаксмоций:
ИЭМ=Аыг/(Анр+АС¥) (3)
Оценка достоверности различий между данными, полученными в результате исследования, проводилась с использованием ^критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В результате исследования микроциркуляторного русла у юношей-студентов определены следующие показатели: параметр микроциркуляции М в коже пальцев кисти колебался от 4,03 до 32,8 перф. ед.и в среднем составил 17,95±0,68 перф. ед. Уровень колебаний тканевого кровотока - СКО варьировал от 0,5 до 4,72 перф. ед., в среднем составляя 2,05±0,05 перф. ед. Коэффициент вариации (Ку) изменялся в диапазоне от 3,22 до 35,17% и составил в среднем 16,7±0,31% (табл.1).
Таблица 1.
Показатели микроциркуляции у испытуемых (х ± S х )
Средние значения № Типы микроциркуляции Параметр микроциркуляции, М, перф.ед. Уровень флакса, СКО,перф.ед Коэффициент вариации, Ку, %
группы 17,95±0,68 2,05±0,05 16,7±0,31
Апериодический 14,62±0,19 2,91±0,44 20,96±2,31
1 тип (п=10)
Монотонный тип 8,73±0,58 1,53±0,54 8,43±0,73
2 с низкой перфузией (п=4) р:<0,001 р1<0,001
Монотонный тип 20,76±0,36 1,72±0,13 8,61±0,64
3 с высокой перфузией (п=26) р:<0,001; р2<0,001 р1<0,001; р2<0,001 р1<0,001
Примечание: р1 - достоверность отличий по отношению к значениям показателей у испытуемых с апериодическим типом микроциркуляции по ^критерию Стьюдента; р2 -достоверность отличий по отношению к значениям показателей у испытуемых с монотонным типом с низкой перфузией.
Таким образом, у испытуемых выявлена значительная вариабельность значений изученных показателей. Поэтому интерпретация данных анализа тканевого кровотока должна проводиться с учетом характерных гемодинамических типов микроциркуляции, которые выявляются не только у больных, но и у здоровых испытуемых [3].
В качестве критериев индивидуально-типологических особенностей состояния микроциркуляции нами были выбраны основные статистические показатели, получаемые при ЛДФ-метрии, а именно М, СКО, Ку, что позволило выявить различные типы микрогемодинамики. Нами было выделено 2 типа ЛДФ-грамм с различным характером колебаний. Первый тип характеризовался высокоамплитудными апериодичными колебаниями с максимальными значениями СКО, отображающего активность колебательных процессов, и Ку, характеризуещего преимущественный вклад активных механизмов модуляции микрокровотока (рис. 1). К этому типу относилось 25% испытуемых.
Л ДФ-грамма
Среднее ариф м ети ческлэ е М = 10.89
Среднее квадратичное отклонение 2.65
Коэф ф ици ен г еариащии Кл/-
Рис. 1. Пример ЛДФ-граммы апериодического типа.
Однако большинство ЛДФ-грамм отличались монотонным характером колебаний кожного кровотока, о чем свидетельствуют низкие показателями СКО и Ку (табл. 1). К этому типу относились 75% испытуемых. При этом в монотонном типе ЛДФ-грамм наблюдался большой разброс данных по величине перфузии (М), что позволило нам разделить этот тип еще на два подтипа: монотонный с низкой перфузией (8,73± 0,58 перф. ед.), который наблюдался у испытуемых в 10% случаев (рис. 2) и с высокой перфузией (20,76 ± 0,36 перф. ед.), который отмечался у 65% испытуемых (рис. 3).
Таким образом, в результате исследования у испытуемых выделено три типа ЛДФ-грамм (рис. 4), отличных друг от друга по величине перфузии, так и по уровню флакса и Ку, а именно: апериодический тип, монотонный тип с низкой перфузией и монотонный тип с высокой перфузией.
Для количественной оценки периодических процессов в системе микроциркуляции крови у испытуемых применяли спектральный анализ ЛДФ-грамм, физиологический смысл которого состоит в анализе соотношения различных ритмических составляющих колебаний тканевого кровотока, по которым можно судить о состоянии регуляторных влияний на кровоток в микрососудах [7-8].
ЛДФ-грамма
ль 40 ^ 2 28
2Ь
12 11
::::::::::::::ишишиЬиииишшиПиишиии^х-эииишэ ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ й1: ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ Е01Е ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЗгёЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЗяЕЕЕЕЕЕЕЕЕЗ
Среднее арифметическое М= 25 95
Среднее квадратичное отклонение п 1.14
Коэффициент вариации кл/= 4.40
Рис. 3. Пример ЛДФ-граммы монотонного типа с высокой перфузией.
□ монотонный тип с низкой перфузией
□ апериодический тип
□ монотонный тип с высокой перфузией
Рис. 4. Диаграмма встречаемости различных типов микроциркуляции у испытуемых (в % от общего числа обследованных).
У испытуемых с апериодическим типом наиболее существенный вклад в общую мощность спектра вносил VLF- компонент, который в наибольшей степени
отражает функцию эндотелия и составил 54,1% (рис. 5). Вклад LF- компонента в структуру ритмических колебаний микрокровотока составил 41,6%. Высокочастотные дыхательные и пульсовые колебания кровотока занимали значительно меньшую долю в общем спектре и составили 3,7% и 0,6% соответственно, что указывает на умеренный приток крови в капиллярное русло и своевременный отток периферической крови. Следовательно, данный тип ЛДФ-граммы характерен для сбалансированного состояния механизмов, «активной» (связанной с симпатическими влияниями) и «пассивной» (связанной с парасимпатическими влияниями) регуляции колебаний тканевого кровотока. Этот вывод подтверждается высоким значением ИЭМ, который составил в данной группе 1,86±0,3 (рис.6). Следовательно, испытуемых с апериодическим типом ЛДФ-граммы можно отнести к нормоемическому типу микроциркуляции [9].
Спектральные характеристики ЛДФ-грамм у испытуемых со вторым типом микроциркуляции, который характеризовался сравнительно низкими параметрами перфузии и относительно монотонным характером флаксмоций, отличались самым высоким значением вклада очень низкочастотных колебаний, а именно 60,1% от общей мощности спектра, что на 6% больше, чем у VLF-компонент у испытуемых с апериодическим типом (p.<0,05) (рис. 5). Однако у испытуемых с этим типом микроциркуляции в сравнении с апериодическим типом ЛДФ-граммы наблюдался существенно меньший вклад вазомоторных колебаний - 32,0%, что свидетельствует о повышенном тонусе микрососудов. Высокочастотные колебания характеризуются небольшим увеличением вкладов дыхательных ритмов (6,9%) и пульсовых ритмов (1,0%) в общую мощность спектра флаксмоций по сравнению с апериодическим типом (3,7% и 0,6%) (p<0,01) (рис.5). Такое соотношение характеристик спектрального анализа обусловило и значение ИЭМ, равное 1,84±0,06 (рис. 6).
Таким образом, для данного типа микроциркуляции характерно преобладание симпатического звена в регуляции тканевого кровотока. Следовательно, этот тип микроциркуляции характеризуется увеличением сосудистого тонуса и соответствует гипоемическому или спастическому типу микроциркуляции [4].
В спектральном анализе ЛДФ-грамм у испытуемых с монотонным типом высокой перфузией максимальный вклад в общую мощность спектра отмечен со стороны VLF-колебаний (53,8%) и LF-колебаний (38,5%), что на 3,1% меньше, чем у испытуемых с апериодическим типом (р<0,01).Вклад дыхательных волн в мощность амплитудно-частотного спектра не изменился по сравнению с предыдущим типом и составил 6,9% в то время как у испытуемых с апериодическим типом ЛДФ-грамм составил 3,7%, что на 3,2% больше по отношению к монотонным типам с низкой и высокой перфузией. Индекс эффективности флаксмоций у испытуемых этой группы оказался самым низким и составил 1,76±0,2 (рис. 6). Анализ значений изученных показателей позволяет предположить, что данный тип ЛДФ-граммы соответствует гиперемическому состоянию, наблюдаемому в случае увеличения притока крови в систему микроциркуляции, связанную с некоторой дилатацией микрососудов [10, 11], обусловленной относительным ослаблением в регуляции тканевого кровотока со стороны симпатических влияний.
3,7% 0,6%
□ VLF □ LF □ HF ■CF
Апериодический тип
□У1_р пи1 ПНР ИСР
Монотонный тип с низкой перфузией
6,9%
0,8%
□ У1_Р О и1 ПНР ИСР
Монотонный тип с высокой перфузией
Рис. 5. Вклад частотных компонентов в общую мощность спектра осцилляций тканевого кровотока у испытуемых с различными типами ЛДФ-грамм (в %).
ИЭМ, усл.ед.
2,5 -,
2 1,5
1 "Ъ
0,5 0
типы ЛДФ-грамм
Рис. 6. Индекс эффективности микроциркуляции у испытуемых трех типов микрогемодинамики.
Примечание:
1 - апериодический тип; 2 - монотонный тип с низкой перфузией; 3 - монотонный тип с высокой перфузией.
*- р<0,05, достоверность отличий по отношению к апериодическому типу, по ^ критерию Стьюдента;
Таким образом, существенный разброс значений изученных показателей ЛДФ-грамм позволили выделить среди обследованных юношей три типа
микроциркуляции: нормоемический, при котором наблюдается "апериодическая» ЛДФ-граммма; гиперемический, которому соответствует «синусоидальная» ЛДФ-грамма [11] с высоким показателем микроциркуляции; и гипоемический тип, при котором выявлена «монотоннонизкоамплитудная» ЛДФ-грамма с низким показателем микроциркуляции.
ВЫВОДЫ
1. Дифференцированный анализ индивидуально-типологических особенностей микроциркуляции крови показал, что для обследованных нами юношей Мелитопольского государственного педагогического университета характерны три типа микроциркуляции: апериодический (25% испытуемых),монотонный с низкой перфузией (10% испытуемых) и монотонный с высокой перфузией (65% испытуемых).
2. Апериодический тип ЛДФ-грамм характеризуется средним значением перфузии (14,62 перф.ед.), однако более высокими показателями СКО (2,91 перф. ед.) и Ку (20,96%), что свидетельствует о преобладании активных механизмов модуляции тканевого кровотока и подтверждается доминированием эндотелиальных (54,1%) и вазомоторных (41,6%) колебаний в общей мощности спектра и умеренным вкладом высокочастотных (3,7%) и пульсовых колебаний (0,6%), что позволяет считать этот тип микрогемодинамики наиболее сбалансированным и соответствовать нормоемическому типу микроциркуляции.
3. Монотонная с низкой амплитудой ЛДФ-грамма характеризуется относительно монотонной кривой при низких значениях перфузии (8,73 перф. ед.), уровня флакса (1,53 перф. ед.) и Ку (8,43%), что свидетельствует о невысокой степени модуляции микрокровотока. Данные частотно-амплитудного анализа указывают на преобладание эндотелиального компонента (60,1%) в регуляции тканевого кровотока и характеризуются умеренным вкладом вазомоторных (32,0%), дыхательных (6,9%) и пульсовых (1,0%) колебаний в общую мощность спектра, что свидетельствует о преобладании симпатического звена в регуляции тканевого кровотока, поэтому данный тип соответствует гипоемическому (спастическому) типу микрогемодинамики.
4. Монотонная с высокой амплитудой ЛДФ-грамма характеризуется относительно высоким показателем перфузии 20,76 перф. ед., средним значением уровня флакса 1,72 перф. ед. и Ку 8,61%. Анализ ритмограмм выявил увеличение вклада вазомоторных (38,5%) колебаний и практически не изменились показатели высокочастотных дыхательных и кардиоритмических колебаний (6,9% и 0,8% соответственно), что позволяет отнести данный тип ЛДФ-грамм к гиперемическому типу микрогемодинамики.
Список литературы
1. Литвин Ф.Б. Лазерная допплеровская флоуметрия в оценке возрастных особенностей микроциркуляции при постуральной пробе / Ф.Б.Литвин, И.П.Аносов // Материалы III Всерос. симп..: применение лазерной допплеровской флоуметрии в медицинской практике. -М., 2000. -С. 80-84.
2. Маколкин В.И. Микроциркуляция в кардиологии / В.И Маколкин, В.И. Подзолков, В.В.Бранько
//- М.: Визарт, 2004. - С.3.
3. Козлов В.И. Лазерная допплеровская флоуметрия и анализ коллективных процессов в системе
микроциркуляции / В.И. Козлов, Л.В.Корси, В.Г.Соколов // Физиология человека. - 1998. - Т. 24. - №6.- С. 112.
4. Bonner R.F. Modal for Laser Doppler measurements of blood flow in tissue microcirculation /
R.F.Bonner, R.Nossal // Appl. Optics.- 1981. - V. 20. - P. 2097.
5. Арефьев И.М. Метод спектроскопии оптического смещения в диагностике микроциркуляции крови /
И.М.Арефьев, Л.П.Еськов // Бюлл. Эксперим. Биологии и медицины. - 1981. - N»2. - С.244.
6. Hoffman U. The freaquency histogram - A new method for the evaluation of Laser Doppler Flux
Motion/ U. Hoffman, A. Yanar, A. Bolinger // Microvascul. Res/- 1990. - V. 40. - P. 293-301.
7. Schmid-Schonbein H. Synergetic interpretation of patterned vasomotor activity in microvascular perfusion / H. Schmid-Schonbein, S. Ziege // Inter. F. Microcircul. - 1997. - V. 17. - P. 346-359.
8. Zweifach B. Functional behavior of the microcirculation / B. Zweifach // Springfield, Illinois, 1961. - P.
23-67.
9. Козлов В.И. Метод лазерной допплеровской флоуметрии, / В.И.Козлов, Э.С.Мач, Ф.Б.Литвин,
О.А.Терман [и др] // Пособие для врачей, М., 2000, С. 9-13.
10. Крупаткин А.И. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови / А.И.Крупаткин,
В.В. Сидоров //-М.: Медицина. - 2005 - 254с.
11. Козлов В.И. Индивидуально-типологические особенности микроциркуляции у человека /
В.И.Козлов, Ф.Б. Литвин, Т.И. Станишевская, М.В. Морозов // Biomedical and biosocial antropology 2007. - № 9, С.249-250.
Чуян О.М., Горна О.1. Особливост мжроциркуляци KpoBi у юнаюв-студенпв // Вчеш записки Тавршського нацюнального унгверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлогш, хiмiя". - 2009. - Т.22 (61). - № 2. - С. 166-174.
У стати описаш особливостг стану мжроциркуляци кровi у юнаюв-студенпв 17-23 роюв твденного сходу Украши, методом лазерно! доплеровсько! флоуметрп (ЛДФ). За результатами дослщження було видшено три типи мжроциркуляци кровi з перевагою гiперемiчного типу.
Ключовi слова: метод лазерно! доплеровсько! флоуметрп, нормоемiчний тип, гiпоемiчний тип, гiперемiчний тип.
Chuyan E.N., Gornaya O.I. The peculiarities of youths-students' blood microcirculation // Uchenye zapiski Tavricheskogo Natsionalnogo Universiteta im. V. I. Vernadskogo. Series «Biology, chemistry». - 2009. -V.22 (61).- №2.- P. 166-174.
The article is devoted to the peculiarities of youth-students' blood microcirculation state by means of laser Doppler flowmeasuring (LDF). The author defines three basic types of blood microcirculation with the predominance of hyperaemic type.
Keywords: method of laser doppler flowmeasuring, normoemic type, hyperaemic type, hypoemic type.
Поступила в редакцию 20.05.2009 г.
